Interférométrie optique

L’interférométrie optique est une technique d’observation astrophysique qui combine la lumière de plusieurs télescopes pour obtenir une image d’une finesse équivalente à celle d’un télescope beaucoup plus grand.

Le LIRA est un laboratoire pionnier dans le domaine de l’interférométrie longue base. Il fut le premier, dans les années 90, à obtenir des résultats sur le ciel avec un recombinateur utilisant des fibres optiques (FLUOR). Il a été fortement impliqué dans l’exploitation d’un des premiers interféromètres utilisant un mode de recombinaison en optique intégrée (IOTA). Il fut également le premier à relier des télescopes par fibres optiques sur des bases hectométriques (projet ’OHANA).

L’équipe du LIRA a aussi joué un rôle important pour la première génération d’instruments pour le VLTI avec les premières franges obtenues avec VINCI qui a été développé au LIRA et dont le principe reposait sur celui de FLUOR ; et le premier instrument pour l’infrarouge thermique, MIDI, auquel le LIRA a participé.

Nous participons maintenant avec GRAVITY au développement de la deuxième génération d’instruments du VLTI et poursuivons des recherches instrumentales avec les projets ’OHANA et FIRST. Ces développements instrumentaux s’ancrent dans une longue tradition d’observation et de découvertes en astrophysique.

Présentation de l’interférométrie optique au LIRA

L’équipe d’interférométrie optique est spécialisée dans la conception et l’exploitation d’instruments interférométriques. Ces instruments visent à recombiner la lumière de plusieurs télescopes, de façon à synthétiser un télescope de taille supérieure à chacun de ces télescopes pris individuellement. L’objectif est d’avoir une résolution angulaire – la finesse de l’image obtenue – similaire à ce qu’aurait un télescope dont le diamètre serait égal à la distance entre les télescopes de l’interféromètre.

Un exemple d’une telle observation est par exemple le suivi de la pulsation de Chi Cygni, une étoile géante en fin de vie. La taille angulaire apparente de cette étoile est équivalente à celle d’une balle de ping-pong sur la station spatiale ! Et pourtant, grâce à l’interférométrie optique, on peut observer sa surface. On s’est aperçu que l’étoile grossissait et se contractait périodiquement, et que sa taille dépassait l’équivalent de l’orbite terrestre une fois par an. Si une telle Terre orbitait cette étoile, elle serait périodiquement engloutie par elle !

Oscillation de l’étoile Chi Cygni
Oscillation de l’étoile Chi Cygni, vue par l’interféromètre IOTA, qui était situé à l’observatoire du Mont Wilson en Californie

L’image ci-dessus illustre un article paru en décembre 2009 dans The Astrophysical Journal, volume 707.

Parmi les instruments que nous avons développés, le plus ambitieux est sans aucun doute GRAVITY. Il s’agit d’un instrument ESO (European Southern Observatory) qui est maintenant utilisé en routine par la communauté astronomique. La propriété de GRAVITY est qu’il permet d’observer des objets très peu brillants, comme les étoiles orbitant le trou noir au centre de notre galaxie (voir la page : Activité au cœur des galaxies), ou alors des exoplanètes proches de leur étoile (voir la page : Exoplanètes et origine des systèmes planétaires). L’instrument a même été crédité en 2020, pour l’attribution du prix Nobel, au Dr. Reinhard Genzel . Le projet GRAVITY+ en est la continuité.

Les 4 télescopes du VLT, utilisés par l’instrument GRAVITY
Les 4 télescopes du VLT, utilisés par l’instrument GRAVITY. C’est en utilisant ces 4 télescopes, simultanément, que GRAVITY a pu observer les étoiles orbitant autour de Sgr A*
Crédit photo ESO

Notre équipe travaille aussi à des projets plus en amont. Par exemple, elle est impliquée dans la conception et la réalisation de l’instrument FIRST sur le télescope SUBARU.

Parmi les projets passés de notre équipe, on peut compter de nombreux développements instrumentaux :